进铸造行业群，加微信：马兰英(中铁山桥集团有限公司辙叉车间，河北秦皇岛066200)摘  要：根据驱动轮铸件的结构特点和高锰钢铸造工艺特性，进行了铸造工艺设计，选用底注式浇注系统，合理设置冒口和冷铁等工艺方案。结果表明，该工艺方案充型平稳，有利于铸件的补缩，同时通过控制浇注温度与开箱时间，有效地防止了铸件产生缩孔、裂纹等缺陷。生产实践证明，采用本铸造工艺方案，生产的驱动轮铸件满足技术质量要求。关键词：驱动轮；高锰钢；铸造工艺；底注式浇注系统我公司从事高锰钢辙叉铸造的生产已有50 余年的历史，这类铸件的生产经验较丰富，但对其他结构高锰钢铸件的生产接触甚少， 为了拓宽市场，使集团公司产品多元化，开发了高锰钢驱动轮的铸造生产，该驱动轮是矿山机械传动系统中的一个重要部件，需保证传动机构工作的安全性，因此需具有很好的耐磨性、疲劳强度与韧性等性能。驱动轮的铸造材质选用高锰钢，其质量要求很高，受力部位铸造缺陷会引起驱动轮断裂而报废。对我们而言，这是一次高锰钢铸造的尝试，更是一次挑战。本文通过结合高锰钢的性能对驱动轮铸件的结构特点进行分析，设计出适宜的铸造工艺，生产出了满足技术及质量要求的铸件。1 高锰钢的性能及特点高锰钢是一种锰碳含量较高的合金钢，具有较高的强度和良好的冲击韧度。在冲击载荷下，会迅速产生加工硬化，使表面具有非常好的耐磨性[1]。因此非常适合用于铁路辙叉、矿山机械产品的生产。高锰钢的流动性很高，线收缩值高，材料的导热性低，裂纹倾向大， 铸态组织中大量的网状碳化物等因素都使高锰钢件易于热裂和冷裂。2 铸件简介图1 为驱动轮铸件结构及工艺简图， 其轮廓尺寸为准1 728 mm×502 mm，重量约4 800 kg,毛坯最大壁厚195 mm，筋厚56 mm，斜辅板厚42 mm，壁厚相差悬殊，结构复杂。材质为ZGMn13，化学成分w（%）为：0.95～1.35C，11.00～14.00Mn，0.30～0.80 Si，P≤0.045，S≤0.030。铸件不允许有影响力学性能和使用性能的裂纹、夹渣、缩孔、气孔等铸造缺陷。3 铸造工艺分析及设计3.1 分型面、砂芯从图1 看出， 驱动轮中间圆孔与周围13 个筋孔，需采用砂芯形成，靠芯头定位；从中间最大径分型，合箱造型，上型和下型通过两个定位销连接定位，防止错箱。造型用酯硬化橄榄石砂，流动性很好，型砂易紧实，制好的型芯轮廓分明，尺寸精度高，表面质量好；因其水玻璃的加入量少，所以还具有良好的溃散性。铸型和砂芯表面，涂刷醇基镁砂涂料点燃干燥， 可防止粘砂和提高铸件的表面质量。3.2 浇注系统漏包浇注的高锰钢铸件宜采用充型平稳的开放式浇注系统，查阅铸造工艺手册各组元截面的比例关系为[2]：ΣF塞孔∶ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶（1.8～2）∶（1.8～2.0）∶2。现浇包塞孔直径准55 mm，耐火砖直浇道直径准70 mm， 最后确定浇注系统各组元截面积如下：ΣF塞孔=19.6 cm2， ΣF直=38.5 cm2，ΣF横=35.28～39.2 cm2，取38.0 cm2，ΣF内=39.2 cm2。确定采用底注式2 道准70mm 的横浇道与内浇道浇注系统，利于气体和夹杂物上浮，内在质量高，并且浇口通过冒口，加强了冒口的补缩作用，更有利于铸件最后凝固区的补缩和排气。3.3 冒口与补贴的设计由于高锰钢的体收缩率较大， 用冒口和冷铁配合以获得优质铸件， 是生产中经常采用的工艺措施，以防止缩孔和缩松缺陷的产生[3]。该铸件轮毂部位宽厚比<5∶1， 应按杆形件进行冒口设计，根据铸件尺寸经计算确定， 轮毂顶面设2 个大腰圆冒口400 mm×200 mm×700 mm，垂直补贴厚度20 mm，在两冒口之间放置外冷铁，加强冒口的补缩作用。3.4 浇注温度适宜的浇注温度对铸钢件的质量有重要意义。根据该铸件的材质、重量、壁厚及结构特点，属于厚大以及容易产生热裂的铸件， 应取较低的浇注温度， 结合生产其他铸件的经验， 确定浇注温度为1 450 ℃，浇满之后再补浇冒口2~3 次，往冒口上面撒草灰覆盖。3.5 开箱时间高锰钢中碳、锰、磷的含量均高，材料的导热性低，铸态组织中大量的网碳化物以及强度、塑性、韧性均很差等因素都使高锰钢铸件很容易产生裂纹。浇注后过早开箱会使铸件冷却过快， 增加内温度分布的不均匀性，使热应力增加，这常常是造成冷裂的原因。这种现象在高锰钢中问题更突出。根据生产辙叉经验结合该铸件壁厚及结构情况， 确定浇注后开箱时间为24 h，热切浇冒口，热装窑。4 效果与结论根据驱动轮铸件的结构特点和高锰钢铸造工艺特性，进行了铸造工艺设计，按该工艺方案生产了4 件驱动轮， 铸件毛坯表面光洁， 冒口根部致密，无缩孔、缩松缺陷（见图2），几何尺寸符合图纸要求，机械性能各项指标均达到了技术要求。目前线切割加工已经完成，成品洁净无铸造缺陷（见图3），用户非常满意。半年之后又成功生产了第二批驱动轮。 参考文献：[1] 陈希杰. 高锰钢[M]. 机械工业出版社，1989.[2] 中国机械工程学会铸造专业学会. 铸造手册（第5 卷铸造工艺）[M]. 北京：机械工业出版社，1994.[3] 李魁盛. 铸造工艺设计基础[M]. 机械工业出版社，1986.论文发表于：铸造技术,2018,39(10):2260-2261.